煤矿井筒大直径钻井法凿井技术.docx

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1、 煤矿井筒大直径钻井法凿井技术 国外钻井法凿井用于施工类似我国地层条件的井筒不多，比拟典型的有，德国钻机在荷兰施工的煤矿，钻井直径7.65m，深512m。 二、稳步进展的我国钻井法凿井技术 我国讨论钻井法凿井技术从上个世纪50年月末开头，依据当时的条件，在学习国外资料和借鉴国内相关行业阅历的根底上,进展了设备配套和原理性试验。1969年在淮北矿区朔里南风井胜利地钻凿了第一个直径4.3m，成井直径3.5m，深90m的井筒，由于它技术新奇，优点突出，一些地区在很短的时间内相继配套了四台性能类似的钻机，并先后完成20个井筒的施工。虽然这些井筒的平均钻井直径仅5.1m，平均深度141m，在钻进速度及效

2、率方面，还远不能满意煤矿竖井建立的需要。但通过这些钻机的工程实践，比拟完整地总结出了具有我国特色的大直径井筒的钻井工艺，为70年月间续进展ND1型、SZ9/700型和AS9/500型煤矿大型钻机（图1）的研制奠定了根底。这些大型钻机充分考虑了钻凿煤矿大直径井筒的特点和当时国内技术水平，采纳地面转盘式竖井钻机形式，主机提升力量30003200kN，转盘扭矩200300kN-m，设计最大钻井直径7.49.0m，最大钻井深度500700m，根本适应了大直径深井钻井工程的需要。大钻机采纳抱钩提升、转回旋转无级调速，恒钻压自动给进，起下钻具时各抱卡压气驱动，钻进过程钻进参数掌握台面自动显示，集中操作等一

3、系列先进技术，机械化和自动化程度较高，从而大大地提高了我国钻井法凿井的技术水平，这些钻机已成为我国钻井法突破500600 m深大井筒钻进的根本设备。 “六五” 期间攻克了曾一度阻碍我国钻井法凿井进展的瓶颈技术破岩刀具，并投入成批生产，实现了全部设备国产化；开发讨论了“低密度钻井泥浆”和“高效泥浆处理剂”等课题，大大提高了钻孔护壁机理讨论和实施的水平；“七五”期间讨论完成散装水泥壁后充填机械化，使钻井法凿井摆脱了最终一道笨重体力劳动，实现了全部工序机械化，为我国煤矿钻井法凿井技术赶超世界先进水平制造了条件。期间完成了淮南潘三煤矿西风井，穿过冲积层440m，钻深508m的井筒，使我国煤矿钻井法凿井

4、综合技术到达世界先进水平。又开展了“大直径薄井壁”和“约束混凝土在井壁构造的应用”等课题讨论，在井筒深部采纳内钢板钢筋混凝土复合井壁和双钢板混凝土复合井壁，胜利地完成了谢桥西风井通过冲积层厚405m，钻井深度464.5m，成井直径7.0m的井筒。世纪之交竣工的淮北许疃煤矿，主、副、风三个井筒都采纳钻井法施工，偏斜率仅有0.1和0.2，在钻井法施工主副井技术上取得了新的突破。这是钻井法凿井在长期实践中对钻井参数不断讨论完善的结果。 进入21世纪，依据我国经济进展和煤炭资源赋存的实际状况，开发东部深厚冲积层掩盖的煤炭势在必行，它对国家和该地区可持续进展意义重大，但难度很大。国家科技部将600m深厚

5、冲积层钻井法凿井技术讨论列为“十五”科技攻关规划，以龙固主井作为攻关依托示范工程。通过业主、科研、设计、施工协作各方的共同努力，开展了专项技术攻关，解决了巨野煤田发觉20多年来，未能开发的深厚冲积层井筒施工技术，安全、快速、高质量的完成了龙固煤矿三个井筒的建立任务，为巨野煤田全面开发和我国东部地区深厚冲积层凿井供应阅历。综合技术到达国际领先水平。 至今，钻井法凿井在我国已竣工61个井筒，累计长度16000多m，其中深度超过300m的有21个，深度超过400m的有10个，施工井筒平均深度逐年增加（表1）。另有郓城风井和深度都在650m左右的板集煤矿主、副、风三个井筒，淮南张集北区综合井成井直径8

6、.3m等井筒，正在钻进施工，最大钻井直径达10.8m 。（表2）列出了我国至今已施工深度超过500m的井筒。 为了进一步提高钻进效率，加快建井速度，降低本钱，满意特大直径井筒施工的需要，2023年研制出并投入使用的AS12/800竖井钻机（图7），设计大钩提升力量6376kN，转盘最大扭矩500kNm，最大钻孔直径12m，可钻最大深度800m。2023年开头研制AD130/1000竖井钻机，设计大钩提升力量8000kN，转盘最大扭矩600kNm，最大钻孔直径13m，可钻最大深度1000m，这些新钻机的投入，将进一步促进我国煤矿钻井法凿井技术向前进展。 三、龙固煤矿主井近600m钻井法凿井实例

7、龙固煤矿位于山东省巨野煤田中部，经技术经济论证，优化设计，主井采纳双井筒提升方案，井筒直径5.7m，采纳钻井法施工，穿过冲积层546.48m，钻井法成井深度582.75m，是当时国内外穿过冲积层最厚、钻井法施工最深的井筒。为此，国家科技部将600m深厚冲积层钻井法凿井技术讨论列入“十五”国家科技攻关规划，并将龙固主井作为攻关依托示范工程（图8）。 依据当时的设备的条件，采纳AS9/500型钻机进展改造，将原钻机转盘扭矩由300kNm提高到400kNm；电路系统以PLC数字掌握整流系统、取代可控硅整流、模拟信号掌握，无级调速，调速范围宽，故障率低，操作便利，运行更牢靠，大大提高了纯钻进时间。钻进

8、采纳一次超前（4m），两次扩孔（7.1m和8.7m）的钻进工艺。龙固主井地层条件简单，第三系冲积层以粘土质地层为主，约占80%，其中又以膨胀性粘土居多，钻进中极易发生膨胀缩径卡钻和泥包钻头。通过讨论简单地层的合理泥浆护壁条件及钻井参数，实行严格掌握泥浆的失水量，抑制粘土膨胀。经过筛选试验，选用纯碱分散剂、三聚磷酸钠稀释剂和钠羧甲基纤维素降失水剂作为该井钻进泥浆复合处理剂，以维护泥浆临时支护性能，防止了钻进中井孔缩径、塌帮，削减泥包钻头，保证井孔完好。 龙固矿主井近600m深，悬浮下沉井壁时间长，要求泥浆具有良好的稳定性，讨论采纳两性离子聚合物FA367作为后期泥浆处理剂，调整下沉井壁时所需的泥

9、浆性能，使其粘度、胶体率和稳定性保持在一个适宜的范围内，保证井壁安全下沉究竟。 为了防止井筒建成后，因井下工作面采掘，地层下沉引发竖向附加力导致井壁局部破坏事故，通过对工程实测、模型试验和相关规程的综合分析，井壁设计荷载引入平均值为25 kPa（2.5t/m2），的竖向附加力，并进展了简单受力条件下构造综合强度计算，增加了井壁长期使用的安全。井筒深部采纳拥有自主学问产权的单内钢板约束混凝土井壁，以钢筋混凝土作为主要承力体，外层受力变形，将力传递给内层钢板，钢板又以径向力的形式反作用于外层钢筋混凝土筒体，使其内侧产生径向约束压应力，该应力到达肯定值后，筒体内側径向应变小于混凝土的极限值，井壁就不

10、会破坏。同时保存钢筋混凝土的根本特性，充分发挥了材料效率，相对强度高，施工质量有保证。并胜利应用了C70高性能混凝土，解决了预制井壁的防裂技术。到达了既提高井壁抗简单受力的强度又满意悬浮下沉安装对构造自重的限制。全井井壁由4种厚度（550mm、650mm、700mm、850mm），12种规格的121节预制段组成，总重量21711.8t。 讨论采纳新型构造削球厚壳钢筋混凝土井壁底，总厚度仅700mm，胜利地承受了22023吨井壁悬浮下沉荷载考验（图10），构造合理、技术先进，施工便利。 在节间连结上采纳沿厚度多点垫铁、提高节间注浆材料抗压强度达2530MPa；结石率超过95%，从而确保近 600

11、m 长、二万多吨井壁的竖向刚度及自重传递匀称，有效地防止了井壁悬浮下沉安装过程发生构造整体失稳，保证主井井筒对垂直度的 要求，悬浮下沉相当于200层楼高的井壁，成井偏斜仅134mm（图11）。 龙固1号主井于2023年8月8日破土开钻，2号主井11月8日相继施工，钻 井深度582.75m，钻进直径8.7m，井壁最小内径5.7m，分别于2023年6月9日和9月9日完毕，撤离井口，平均成井速度为27.67m/月和27.90m/月。 井筒已于2023年年底进展井筒基岩段延深注浆掘进，经过近二年简单受力条件的考验，无任何特别现象。井筒偏斜率仅0.23和0.235，有效断面5.636m和5.616m（设

12、计要求5.5m），井壁无漏水，施工质量优良。这是钻井法凿井胜利完成深度508m的深井筒施工以后的又一次飞跃。龙固矿两个主井井筒钻井法施工无论是成井深度，还是穿过不稳定冲积层的厚度，均属国内外第一，综合技术到达国际领先水平。也是我国首先胜利完成近600m深厚冲积层井筒的施工。它的建立阅历对全面开发巨野矿区，乃至我国东部地区深厚冲积层凿井供应技术保证和实践阅历，使钻井凿井技术在理论和实践上取得新的突破。 简介:洪伯潜 男，中国工程院院士，煤炭科学讨论总院副总工程师，博士生导师，1931年12月生， 1956年毕业于浙江大学土木系，长期从事煤矿特种构造及钻井法凿井技术的讨论，担当完成国家“六五”、“七五”和“十五”科技攻关工程深井钻井法凿井技术的讨论和600m深厚冲积层钻井法凿井技术，获国家科学技术进步一等奖1项、二等奖1项，煤炭部科学技术进步特等奖1项，煤炭协会科学技术特等奖1项，发表 “大直径煤矿井筒钻井法凿井”、“约束混凝土在井筒支护中的讨论和应用”“巨野煤田开发条件及井筒施工的关键技术” 等论文40余篇。 202310